Лекція 13. Комунікаційні пристрої

Питання:

1. Провідні інтерфейси зв'язку.

2. Модеми.

Література: 1. Гук. М. Аппаратные засоби IBM PC. Питер, 2005, с.608-660.

Комунікаційні пристрої ПК призначені для організації обміну даними між комп'ютерами, комп'ютером і видаленим пристроєм введення виведення, а також для включення комп'ютера в локальну або глобальну мережу. Обмін даними потрібен для різної мети: передачі файлів, сумісного використовування периферійних пристроїв (наприклад, принтерів), доступу до різноманітних інформаційних послуг Інтернету і приватних мереж, прийому і передачі повідомлень факсів, посилки повідомлень на пейджери і мобільні телефони, встановлення голосового зв'язку (IP-телефонія), відеозв'язку і навіть сумісних ігор по мережі. Сучасні технології, що використовуються для цієї мети, орієнтовані саме на комунікації: Сом-порт, беспровідні інтерфейси, модеми, адаптери локальних мереж. Зв'язок між комп'ютерами, правда, з рядом обмежень, може бути встановлений і іншими засобами: через LPT-порти, послідовні шини FireWire і USB.

1.Провідні інтерфейси зв'язку.

1.1. Сом-Порт

Послідовний інтерфейс для передачі даних в одному напрямі використовує одну сигнальну лінію, по якій інформаційні біти передаються один за одним — послідовно. Англійські назви інтерфейсу і порту — Serial Interface і Serial Port. Послідовна передача дозволяє скоротити кількість сигнальних ліній і добитися поліпшення зв'язку на великих відстанях.

Починаючи з першими моделями, в PC є послідовний інтерфейс - Сом-порт (Communications Port — комунікаційний порт). Цей порт забезпечує асинхронний обмін за стандартом RS-232C. Синхронний обмін в PC підтримують лише спеціальні адаптери, наприклад SDLC або V.35. Сом-порти реалізуються на мікросхемах універсальних асинхронних приймачів-передавач, сумісних з сімейством 18250/16450/16550. Вони займають в просторі введення-виведення по 8 суміжних 8-бітових регістрів і можуть розташовуватися за стандартними базовими адресами:

3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4).

Порти можуть виробляти апаратні переривання IRQ4 (звичайно використовуються для СОМ1 і COM3) і IRQ3 (для COM2 і COM4). Із зовнішньої сторони порти мають лінії послідовних даних передачі і прийому, а також набір сигналів управління і стану, відповідний стандарту RS-232C. Сом-порти мають зовнішні роз'єми-вилки DB25P або DB9P, виведені на задню панель комп'ютера. Характерною особливістю інтерфейсу є застосування не ТТЛ-сигналів — всі зовнішні сигнали порту дво-полярні. Гальванічна розв'язка відсутня — схемна земля пристрою, що підключається, з'єднується з схемною землею комп'ютера. Швидкість передачі може досягати 115,2 Кбіт/сек.

Назва порту указує на його основне призначення — підключення комунікаційного устаткування (наприклад, модему) для зв'язку з іншими комп'ютерами, мережами і периферійними пристроями. До порту можуть безпосередньо підключатися і периферійні пристрої з послідовним інтерфейсом: принтери, плоттери, термінали і ін. Сом-порт широко використовується для підключення миші, а також організації безпосереднього зв'язку двох комп'ютерів. До Сом-порту підключають і електронні ключі.

В даний час пристрої, які традиційно використовують Сом-порт, рекомендується перекладати на послідовні шини USB і Fire Wire.

1.2. Інтерфейс RS-232C

Протокол RS-232C

Стандарт RS-232C описує несиметричні передавачі і приймачі — сигнал передається щодо загального проводу — схемної землі (симетричні диференціальні сигнали використовуються в інших інтерфейсах — наприклад, RS-422). Інтерфейс не забезпечує гальванічної розв'язки пристроїв. Логічній одиниці відповідає напруга на вході приймача в діапазоні -12...-3 В. Логічному нулю відповідає діапазон +3...+12 В. Діапазон -3...+3 В — зона нечутливості, що обумовлює гістерезис приймача: стан лінії вважатиметься зміненим тільки після перетину порогу. Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазонах -12...-5 В і +5...+12 В для представлення одиниці і нуля відповідно.

Логічний 0

Логічна 1 0 Uвх

-12В +3 В +12В

-3В

Рис 13.1. Рівні напруги і логічний сигнал

Інтерфейс припускає наявність захисного заземлення для пристроїв, що сполучаються, якщо вони обидва живляться від мережі змінного струму і мають мережні фільтри.

Підключення і відключення інтерфейсних кабелів пристроїв з автономним живленням повинне проводитися при відключеному живленні. Інакше різниця невирівняних потенціалів пристроїв у момент комутації може виявитися прикладеною до вихідних або вхідних (що небезпечно) ланцюгів інтерфейсу і вивести з ладу мікросхеми.

В табл. 13.1 приведено призначення контактів роз'ємів Сом-портів (і будь-якої іншої апаратури передачі даних). У модемів назва ланцюгів і контактів така ж, але ролі сигналів (вхід-вихід) міняються на протилежні.

Таблиця 13.1. Роз'єми і сигнали інтерфейсу RS-232C

Позначення ланцюга					Контакт роз'єму			№ Проводи кабелю виводу роз'єму PC				Напрям
Сом-Порт		RS-232		V.24 Стик 2	DB-25P DB-9P			11	22	33	44	I/O
PG		АА		101	1		5	(10)	(10)	(10)	1	-
SG		АВ		102	7		5	5	9	1	13	-
TD		ВА		103	2		3	3	5	3	3	О
RD		ВВ		104	3		2	2	3	4	5	I
RTS		СА		105	4		7	7	4	8	7	О
CTS		св		106	5		8	8	6	7	9	I
DSR	cc		107			6	6	6	2	9	11	I
DTR	CD		108/2			20	4	4	7	2	14	О
DCD	CF		109			8	1	1	1	5	15	I
RI	С		125			22	9	9	8	6	18	I

¹ Стрічковий кабель 8-бітових мультикарт.

² Стрічковий кабель 16-бітових мультикарт і портів на системній платі.

³Варіант стрічкового кабелю портів на системній платі.

⁴Широкий стрічковий кабель до 25-контактного роз'єму.

Підмножина сигналів RS-232C, що відносяться до асинхронного режиму, розглянемо з погляду Сом-порту PC. Для зручності користуватимемося мнемонікою назв, прийнятою в описах Сом-портів і більшості пристроїв (вона відрізняється від безликих позначень RS-232 і V.24). Призначення сигналів інтерфейсу приведено в табл. 13.2.

Таблиця 13.2. Призначення сигналів інтерфейсу RS-232C

Сигнал	Призначення
PG	Protected Ground — захисна земля, з'єднується з корпусом пристрою і екраном кабелю
SG	Signal Ground — сигнальна (схемна) земля, щодо якої діють рівні сигналів
TD	Transmit Data — послідовні дані — вихід передавача
RD	Receive Data — послідовні дані — вхід приймача
RTS	Request To Send — вихід запиту передачі даних: стан «включений» повідомляє модем про наявність у терміналу даних для передачі. В напівдуплексному режимі використовується для управління напрямом — стан «включений» служить сигналом модему на перемикання в режим передачі
CTS	Clear To Send — вхід дозволу терміналу передавати дані. Стан «вимкнений» забороняє передачу даних. Сигнал використовується для апаратного управління потоками даних
DSR	Data Set Ready — вхід сигналу готовності від апаратури передачі даних (модем в робочому режимі підключений до каналу і закінчив дії за узгодженням з апаратурою на протилежному кінці каналу)
DTR	Data Terminal Ready — вихід сигналу готовності терміналу до обміну даними. Стан «включений» підтримує комутований канал в стані з'єднання
DCD	Data Carrier Detected — вхід сигналу виявлення несучої видаленого модему
RI	Ring Indicator — вхід індикатора виклику (дзвінка). В комутованому каналі цим сигналом модем сигналізує про ухвалення виклику

Нормальна послідовність управляючих сигналів для випадку підключення модему до Сом-порту приведена на мал. 13.3. Нагадаємо, що позитивному рівню відповідає логічний стан «вимкнено», а негативному — включено.

Рис.13.3.Послідовність управляючих сигналів інтерфейсу RS-232C

Зміст цієї послідовності управляючих сигналів наступний:

1. Установкою сигналу DTR комп'ютер вказує на бажання використовувати модем.

2. Установкою сигналу DSR модем сигналізує про свою готовність до встановлення з'єднання.

3. Сигналом RTS комп'ютер запрошує дозвіл на передачу і заявляє про свою готовність приймати дані від модему.

4. Сигналом CTS модем повідомляє про свою готовність до прийому даних від комп'ютера і передачі їх в лінію.

5. Зняттям сигналу CTS модем сигналізує про неможливість подальшого прийому (наприклад, буфер заповнений) — комп'ютер повинен припинити передачу даних.

6. Відновленням сигналу CTS модем дозволяє комп'ютеру продовжити передачу (в буфері з'явилося місце).

7. Зняття сигналу RTS може означати як заповнення буфера комп'ютера (модем повинен припинити передачу даних в комп'ютер), так і відсутність даних для передачі в модем. Звичайно в цьому випадку модем припиняє пересилку даних в комп'ютер.

8. Модем підтверджує зняття сигналу RTS скиданням сигналу CTS.

9. Комп'ютер повторно встановлює сигналу RTS для відновлення передачі.

10. Модем підтверджує готовність до цих дій.

11. Комп'ютер вказує на завершення обміну.

12. Модем відповідає підтвердженням.

13. Комп'ютер знімає сигналу DTR, що звичайно є сигналом на розрив з'єднання («повісити трубку»).

14. Модем скиданням сигналу DSR повідомляє про розрив з'єднання.

При асинхронній передачі кожному байту передує старт-біт, що сигналізує приймачу про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт паритету (парності). Завершує посилку стоп-біт, гарантуючий паузу між посилками (мал. 13.4). Старт-біт наступного байта посилається у будь-який момент після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості. Старт-біт, що має завжди строго певне значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача по сигналу від передавача. Мається на увазі, що приймач і передавач працюють на одній швидкості обміну.

При асинхронній передачі кожному байту передує старт-біт, що сигналізує приймачу про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт паритету (парності). Завершує посилку стоп-біт, гарантуючий паузу між посилками (мал. 13.4). Старт-біт наступного байта посилається у будь-який момент після стоп-біта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості.

Мал. 13.4. Формат асинхронної передачі

Старт-біт, що має завжди строго певне значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача по сигналу від передавача. Мається на увазі, що приймач і передавач працюють на одній швидкості

Формат асинхронної посилки дозволяє виявляти можливі помилки передачі: помилковий старт-біт, втрачений стоп-біт, помилку паритету. Контроль формату дозволяє знаходити обрив лінії: при цьому приймаються логічний нуль, який спочатку потрактує як старт-біт і нульові біти даних, потім спрацьовує контроль стоп-біта.

Для асинхронного режиму прийнятий ряд стандартних швидкостей обміну: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 і 115 200 біт/с. Іноді замість одиниці вимірювання «біт/с» використовують «бод» (baud), але при розгляді двійкових передаваних сигналів це некоректно.

В бодах прийнято виміряти частоту зміни сигналу стану лінії, а при недвійковому способі кодування в каналі зв'язку швидкості передачі біт (біт/с) і зміни сигналу (бод) можуть відрізнятися у декілька разів.

Кількість біт даних може складати 5, 6, 7 або 8 (5- і 6-бітові формати поширеніші трохи). Кількість стоп-біт може бути 1, 1,5 або 2 («півтора біта» означає тільки тривалість стопового інтервалу).

Асинхронний режим є байт-орієнтованим (символьно-орієнтованим) — мінімальна одиниця інформації, що пересилається, — байт (символ). На відміну від нього синхронний режим (не підтримуваний Сом-портами) є біт-орієнтованим — кадр, що пересилається по ньому, може мати довільну кількість біт.